简析数据库事务的隔离级别

vlambda
2021-03-15

简析数据库事务的隔离级别

事务特性ACID中，隔离性最为复杂，它指的是事务与事务之间不会互相影响，一个事务的中间状态不会被其他事务感知。事务的隔离性由低到高分为：Read uncommitted 、Read committed 、Repeatable read 、Serializable。不同的隔离性在并发事务下会引起不同的读现象：脏读、不可重复读和幻读。

一、读现象及其区别

1、脏读

脏读，即读取了未提交的数据，又称无效数据的读出，是指在数据库访问中，事务T1将某一值修改，但是这种修改还没有提交(commit)，然后事务T2读取该值，此后T1因为某种原因撤销对该值的修改，这就导致了T2所读取到的数据是无效的，这个数据就是是脏数据，依据脏数据所做的操作可能是不正确的。

例子：程序员小王妻子给小王转零花钱，但是不小心按错数字了，将1K按成了7K，但是还没最后提交，这时候小王正好查看自己的零花钱，发现这个月零花钱有7K，以为老婆开恩，非常高兴。但是小王妻子发现问题，马上回滚差点就提交了的事务，但是小王看到是7K。他看到的是他老婆还没提交事务时的数据。这就是脏读。小王，瞧把你美的。

2、不可重复读

不可重复读，即一个事务范围内两个相同的查询却返回了不同数据，是指在数据库访问中，一个事务范围内两个相同的查询却返回了不同数据。这是由于查询时系统中其他事务修改的提交而引起的。比如事务T1读取某一数据，事务T2读取并修改了该数据，T1为了对读取值进行检验而再次读取该数据，便得到了不同的结果。一种更易理解的说法是：在一个事务内，多次读同一个数据。在这个事务还没有结束时，另一个事务也访问该同一数据。那么，在第一个事务的两次读数据之间。由于第二个事务的修改，那么第一个事务读到的数据可能不一样，这样就发生了在一个事务内两次读到的数据是不一样的，因此称为不可重复读，即原始读取不可重复，读取数据不一样。

例子：程序员小王拿着工资卡去Happy（卡里当然只有可怜1K），当他埋单时（程序员事务开启），收费系统事先检测到他的卡里有1K，就在这个时候！小王的妻子发现小王去Happy，就把钱全部转出充当家用，并提交。当收费系统准备扣款时，再检测卡里的金额，发现已经没钱了（第二次检测金额当然要等待小王妻子转出金额事务提交完）。小王就会很郁闷，明明卡里是有钱的。小王，你还是太天真了。

3、幻读

幻读，即一个事务范围内操作不完整的现象，它对应的是插入Insert操作，而不是Update操作，是事务非独立执行时发生的一种现象，它是指B事务读取了两次数据，在这两次的读取过程中A事务添加了数据，B事务的这两次读取出来的集合不一样（集合数量或者集合中的元素）。例如事务T1对一个表中所有的行的某个数据项做了从“1”修改为“2”的操作，这时事务T2又对这个表中插入了一行数据项，而这个数据项的数值还是为“1”并且提交给数据库。而操作事务T1的用户如果再查看刚刚修改的数据，会发现还有一行没有修改，其实这行是从事务T2中添加的，就好像产生幻觉一样，这就是发生了幻读。

例子：程序员小王某一天去Happy，花了1K元，然后他的妻子去查看他今天的消费记录（全表扫描，妻子事务开启），看到确实是花了1K元，就在这个时候，小王又花了1万元，即Insert了一条消费记录，并提交。当妻子打印程序员的消费记录清单时（妻子事务提交），发现小王花了1.1万元，似乎出现了幻觉，这就是幻读。小王，等着跪键盘吧。

脏读	某一事务读取了另一事务未提交的脏数据
不可重复读	某一事务分别读取了另一事务提交前和提交后的数据
幻读	幻读和不可重复读都是读取了另一条已经提交的事务（这点就脏读不同），所不同的是幻读强调的集合的增减（Insert），不可重复读强调的是读取数据的修改（Update）

二、隔离级别锁实现机制

排他锁

被加锁的对象只能被持有锁的事务读取和修改，其他事务无法在该对象上加其他锁，也不能读取和修改该对象

共享锁

被加锁的对象可以被持锁事务读取，但是不能被修改，其他事务也可以在上面再加共享锁

特别的，对共享锁：如果两个事务对同一个资源上了共享锁，事务B想更新该数据，那么它必须等待事务A释放其共享锁

三、隔离级别

1、未提交读(Read uncommitted)

定义	未提交读是最低的隔离级别，在这种事务隔离级别下，一个事务可以读到另外一个事务未提交的数据
锁机制	采用的是一级封锁协议 a、事务在读数据的时候并未对数据加锁 b、事务在修改数据的时候只对数据增加行级共享锁，直到事务结束才释放
操作逻辑	a、事务1读取某行记录时，事务2也能对这行记录进行读取、更新（因为事务1并未对数据增加任何锁） b、当事务2对该记录进行更新时，事务1再次读取该记录，能读到事务2对该记录的修改版本（因为事务2只增加了共享读锁，事务1可以再增加共享读锁读取数据），即使该修改尚未被提交，导致“脏读” c、事务1更新某行记录时，事务2不能对这行记录做更新，直到事务1结束。（因为事务一对数据增加了共享读锁，事务二不能增加排他锁进行数据的修改）
缺点	不能避免脏读，不可重复读，幻读

2、提交读(Read committed)

定义	提交读也可以翻译成读已提交，在一个事务修改数据过程中，如果事务还没提交，其他事务不能读该数据
锁机制	采用的是二级封锁协议 a、事务对当前被读取的数据加行级共享锁，一旦读完该行，立即释放该行级共享锁（非事务结束） b、事务在更新某数据的瞬间，必须先对其加行级排他锁，直到事务结束才释放
操作逻辑	a、事务1在读取某行记录的整个过程中，事务2都可以对该行记录进行读取（因为事务1对该行记录增加行级共享锁的情况下，事务2同样可以对该数据增加共享锁来读数据） b、事务1读取某行的一瞬间，事务2不能修改该行数据，但是，只要事务1读取完该行数据，事务2就可以对该行数据进行修改。当事务1再次读取该行数据，并结束事务，与第一次读取的不一致，导致了不可重复读。（事务1在读取的一瞬间会对数据增加共享锁，任何其他事务都不能对该行数据增加排他锁。但是事务1只要读完该行数据，就会释放行级共享锁，一旦锁释放，事务2就可以对数据增加排他锁并修改数据） c、事务1更新某行记录时，事务2不能对这行记录做更新，直到事务1结束。（事务1在更新数据的时候，会对该行数据增加排他锁，知道事务结束才会释放锁，所以，在事务1没有提交之前，事务2都能不对数据增加共享锁进行数据的读取。所以，提交读可以解决脏读的现象）
缺点	不能避免不可重复读，幻读

3、可重复读(Repeatable reads)

定义	由于提交读隔离级别会产生不可重复读的读现象。所以，比提交读更高一个级别的隔离级别就可以解决不可重复读的问题
锁机制	a、事务在读取某数据的瞬间，必须先对其加行级共享锁，直到事务结束才释放 b、事务在更新某数据的瞬间，必须先对其加行级排他锁，直到事务结束才释放
操作逻辑	a、事务1在读取某行记录的整个过程中，事务2都可以对该行记录进行读取（因为事务1对该行记录增加行级共享锁的情况下，事务2同样可以对该数据增加共享锁来读数据） b、事务1在读取某行记录的整个过程中，事务2都不能修改该行数据（事务1在读取的整个过程会对数据增加共享锁，直到事务提交才会释放锁，所以整个过程中，任何其他事务都不能对该行数据增加排他锁。所以，可重复读能够解决不可重复读的读现象） c、事务1更新某行记录时，事务2不能对这行记录做更新，直到事务1结束。（事务1在更新数据的时候，会对该行数据增加排他锁，知道事务结束才会释放锁，所以，在事务2没有提交之前，事务1都能不对数据增加共享锁进行数据的读取。所以，提交读可以解决脏读的现象）
缺点	不能避免幻读

4、可序列化(Serializable)

定义	是最高的隔离级别，前面提到的所有的隔离级别都无法解决的幻读，在可序列化的隔离级别中可以解决
锁机制	a、事务在读取数据时，必须先对其加表级共享锁，直到事务结束才释放 b、事务在更新数据时，必须先对其加表级排他锁，直到事务结束才释放
操作逻辑	a、事务1正在读取A表中的记录时，则事务2也能读取A表，但不能对A表做更新、新增、删除，直到事务1结束。(因为事务1对表增加了表级共享锁，其他事务只能增加共享锁读取数据，不能进行其他任何操作） b、事务1正在更新A表中的记录时，则事务2不能读取A表的任意记录，更不可能对A表做更新、新增、删除，直到事务1结束。（事务1对表增加了表级排他锁，其他事务不能对表增加共享锁或排他锁，也就无法进行任何操作）
缺点	a、无法读取其它事务已修改但未提交的记录 b、在当前事务完成之前，其它事务不能修改目前事务已读取的记录 c、在当前事务完成之前，其它事务所插入的新记录，其索引键值不能在当前事务的任何语句所读取的索引键范围中

5、综述

隔离级别	脏读	不可重复读	幻读
Read uncommitted	Yes	Yes	Yes
Read committed	No	Yes	Yes
Repeatable reads	No	No	Yes
Serializable	No	No	No

特别说明：大多数数据库默认的事务隔离级别是Read committed，比如Sql Server , Oracle。Mysql的默认隔离级别是Repeatable read。

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